JP6186942B2 - 粉体補給装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、粉体容器に収容されたトナー等の粉体を現像装置等の被補給体に向けて補給する粉体補給装置と、それを備えた画像形成装置と、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置において、トナーカートリッジ（粉体容器）に収容されたトナー（粉体）を現像装置（被補給体）に向けて補給するトナー補給装置（粉体補給装置）を設置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

詳しくは、特許文献１において、トナーカートリッジ（粉体容器）は、外周面から内周面に向けて突出する螺旋状の突起が形成された略筒状の容器本体が設けられている。そして、駆動モータによって容器本体が回転駆動されることで、螺旋状の突起によって容器本体内のトナー（粉体）が排出口に向けて搬送されて、排出口からトナーが排出される。そして、トナーカートリッジから排出されたトナーは、連通路（落下経路部）を落下した後に、その真下に位置する吸引口から粉体ポンプによる吸引によって吸引されて、吸引口に接続された搬送管を介して現像装置（被補給体）に向けて、搬送されて補給されることになる。

従来のトナー補給装置（粉体補給装置）は、粉体ポンプで吸引する粉体量に不足が生じないように、粉体容器から排出されて落下経路部を落下したトナー（粉体）を貯留部に貯留して、貯留部の吸引口から粉体ポンプの吸引によって粉体を吸引・搬送するように構成した場合に、特許文献１のもののように吸引口が落下経路部の真下に位置していると、粉体ポンプによって吸引・搬送されるトナー量が不安定になってしまっていた。
そして、そのように粉体ポンプによって吸引・搬送されるトナー量が不安定になってしまうと、現像装置（被補給体）に補給されるトナー量に過不足が生じて、画像不良やトナー飛散などの２次的な不具合が生じてしまうことになる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、粉体容器から排出・落下されて貯留部に貯留された粉体が、粉体ポンプの吸引によって吸引口から安定的に吸引・搬送される、粉体補給装置、及び、画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる粉体補給装置は、粉体容器に収容された粉体を被補給体に向けて補給する粉体補給装置であって、前記粉体容器から排出された粉体が落下する落下経路部と、前記落下経路部を落下した粉体が貯留される貯留部と、搬送管を介して前記貯留部の吸引口に接続されて、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して前記搬送管を搬送させる粉体ポンプと、を備え、前記貯留部は、その内部に貯留された粉体を、所定方向に回転して撹拌する２つの撹拌部材を具備し、前記貯留部の前記吸引口は、上方から投影してみたときに、前記落下経路部に対して重ならない位置に配設され、前記２つの撹拌部材は、上方から投影してみたときに前記落下経路部と前記吸引口とを挟むように配設されて、前記吸引口に向けてそれぞれ位相をずらして粉体を搬送するものである。

本発明によれば、粉体容器から排出・落下されて貯留部に貯留された粉体が、粉体ポンプの吸引によって吸引口から安定的に吸引・搬送される、粉体補給装置、及び、画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 トナー補給装置を示す全体構成図である。 作像部を示す断面図である。 粉体ポンプを示す断面図である。 設置部に設置されたトナー容器を示す斜視図である。 設置部に設置されたトナー容器を示す別の斜視図である。 貯留部とその近傍を長手方向に示す概略断面図である。 貯留部とその近傍を短手方向に示す概略断面図である。 貯留部を示す概略上面図である。 貯留部において落下経路部と吸引口と撹拌部材の回転軸とを上方から投影してみた図である。 変形例としての、トナー容器が画像形成装置本体に設置された状態を示す概略断面図である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１〜図３にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１は画像形成装置としてのプリンタを示す構成図であり、図２はそのトナー補給装置（粉体補給装置）を示す構成図であり、図３は作像部を示す拡大図である。
図１に示すように、画像形成装置本体１００の上方にある設置部３１（トナー容器受台）には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４色の略筒状のトナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ（粉体容器）が着脱可能に載置されている。また、各トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋの下方には、それぞれ、トナー補給装置の貯留部８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋが配設されている。
また、設置部３１の下方には中間転写ユニット１５が配設されている。その中間転写ユニット１５の中間転写ベルト８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが並設されている。

図２を参照して、イエローに対応した作像部６Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙと、感光体ドラム１Ｙの周囲に配設された帯電部４Ｙ、被補給体としての現像装置５Ｙ（現像部）、クリーニング部２Ｙ、除電部（不図示である。）等で構成されている。そして、感光体ドラム１Ｙ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、感光体ドラム１Ｙ上にイエロー画像が形成されることになる。

なお、他の３つの作像部６Ｍ、６Ｃ、６Ｋも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部６Ｙとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の３つの作像部６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部６Ｙのみの説明をおこなうことにする。

図２を参照して、像担持体としての感光体ドラム１Ｙは、不図示のモータによって図２中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部４Ｙの位置で、感光体ドラム１Ｙの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、露光部７から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、現像装置５Ｙとの対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、中間転写ベルト８及び第１転写バイアスローラ９Ｙとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム１Ｙ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体１Ｙの表面は、クリーニング部２Ｙとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１Ｙ上に残存した未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム１Ｙの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム１Ｙ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

なお、上述した作像プロセスは、他の作像部６Ｍ、６Ｃ、６Ｋでも、イエロー作像部６Ｙと同様におこなわれる。すなわち、作像部の下方に配設された露光部７から、画像情報に基いたレーザ光Ｌが、各作像部６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部７は、光源からレーザ光Ｌを発して、そのレーザ光Ｌを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

ここで、中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ 、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４、中間転写クリーニング部１０等で構成される。中間転写ベルト８は、３つのローラ１２〜１４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ１２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ 、１Ｍ 、１Ｃ 、１Ｋ との間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ 、１Ｍ 、１Ｃ 、１Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写ローラ１９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ１２が、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の被転写材Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト８には、被転写材Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。

その後、中間転写ベルト８は、中間転写クリーニング部１０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された被転写材Ｐは、装置本体１００の下方に配設された給紙部２６から、給紙ローラ２７やレジストローラ対２８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部２６には、転写紙等の被転写材Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ２７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の被転写材Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対２８（タイミングローラ対）に搬送された被転写材Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対２８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２８が回転駆動されて、被転写材Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、被転写材Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された被転写材Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が被転写材Ｐ上に定着される。
その後、被転写材Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置外に排出された被転写材Ｐは、出力画像として、スタック部３０上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、粉体補給装置としてのトナー補給装置９０の構成・動作について、簡単に説明する。
トナー補給装置９０（粉体補給装置）は、設置部３１に設置されたトナー容器３２Ｙ（粉体容器）内のトナー（粉体）を現像装置５Ｙに導くためのものであって、トナー補給経路（トナー搬送経路）を形成している。
なお、図２は、理解を容易にするために、トナー容器３２Ｙ、トナー補給装置９０、現像装置５Ｙの配置方向などを変えて図示している。実際には、図２において、トナー容器３２Ｙとトナー補給装置９０の一部との長手方向が紙面垂直方向になるように配設されている（図１を参照できる。）。また、搬送管９５、９６の向きや配置も簡略化して図示している。

装置本体１００の設置部３１に設置された各トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ内のトナーは、各色の現像装置内のトナー消費に応じて、トナー色ごとに設けられたトナー補給装置を経て適宜に各現像装置内に補給される。４つのトナー補給装置は、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造である。
詳しくは、トナー容器３２Ｙが装置本体１００の設置部３１にセットされると、トナー容器３２Ｙのボトル・ギア３７Ｙが装置本体１００の駆動ギア１１０に噛合するとともに、キャップ受部９１のキャップ開閉チャック９２によってトナー容器３２Ｙからキャップ３４Ｙ（開口部Ｃを塞ぐための部材である。）が取り外される。これにより、トナー容器３２Ｙの開口部Ｃが開放されて、トナー容器３２Ｙ内に収容されたトナーの排出が可能になる。

一方、トナー補給装置９０において、開放された開口部Ｃの下方には、落下経路部８２を介して貯留部８１が設けられている。貯留部８１の底部には吸引口８３が設けられていて、この吸引口８３がノズル８５（図７等を参照できる。）を介して搬送管９５（チューブ）の一端に接続されている。搬送管９５は、親トナー性の低いフレキシブルなゴム材料からなり、その他端が紛体ポンプ６０（ダイヤフラムポンプ）に接続されている。粉体ポンプ６０は、サブホッパ７０、搬送管９６（チューブ）を介して現像装置５Ｙに接続されている。
このように構成されたトナー補給装置９０において、駆動ギア１１０が駆動されるとトナー容器３２Ｙの容器本体３３Ｙが回転駆動されて、トナー容器３２Ｙの開口部Ｃからトナーが排出される。トナー容器３２Ｙから排出されたトナーは、落下経路部８２を落下して貯留部８１に貯留される。貯留部８１に貯留されたトナーは、粉体ポンプ６０が稼働することで、吸引口８３から吸引されて搬送管９５を介して粉体ポンプ６０からサブホッパ７０に向けて搬送される。そして、サブホッパ７０に搬送されたトナーは、搬送管９６を介して現像装置５Ｙ内に補給される。すなわち、トナー容器３２Ｙ内のトナーは、図２中の破線矢印方向に搬送されることになる。

なお、本実施の形態において用いられる粉体ポンプ６０は、最大流量が５Ｌ／分程度で、１回の吸引・排出量が５０ｃｃ程度に設定されたものである。
また、本実施の形態では、粉体ポンプ６０としてダイヤフラムポンプを用いているため、粉体ポンプとしてモーノポンプ（例えば、特許文献１を参照できる。）を用いる場合に比べて、トナーに与えるストレスを小さくすることができる。

次に、図３にて、作像部における現像装置（被補給体）の構成・動作について、さらに詳しく説明する。
現像装置５Ｙは、感光体ドラム１Ｙに対向する現像ローラ５１Ｙと、現像ローラ５１Ｙに対向するドクターブレード５２Ｙと、現像剤収容部５３Ｙ、５４Ｙ内に配設された２つの搬送スクリュ５５Ｙと、現像剤中のトナー濃度を検知する濃度検知センサ５６Ｙと、等で構成される。現像ローラ５１Ｙは、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部５３Ｙ、５４Ｙ内には、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤が収容されている。

このように構成された現像装置５Ｙは、次のように動作する。
現像ローラ５１Ｙのスリーブは、図３の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ５１Ｙ上に担持された現像剤は、スリーブの回転にともない現像ローラ５１Ｙ上を移動する。
ここで、現像装置５Ｙ内の現像剤は、現像剤中のトナーの割合（トナー濃度）が所定の範囲内になるように調整される。詳しくは、被補給体としての現像装置５Ｙ内のトナー消費に応じて、トナー容器３２Ｙ（粉体容器）に収容されているトナー（粉体）が、トナー補給装置９０を介して現像剤収容部５４Ｙ内に補給される。

その後、現像剤収容部５４Ｙ内に補給されたトナーは、２つの搬送スクリュ５５Ｙによって、現像剤とともに混合・撹拌されながら、２つの現像剤収容部５３Ｙ、５４Ｙを循環する（図３の紙面垂直方向の長手方向の移動である。）。そして、現像剤中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ５１Ｙ上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ５１Ｙ上に担持される。
現像ローラ５１Ｙ上に担持された現像剤は、図３中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード５２Ｙの位置に達する。そして、現像ローラ５１Ｙ上の現像剤は、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム１Ｙとの対向位置（現像領域である。）まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム１Ｙ上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ５１Ｙ上に残った現像剤はスリーブの回転にともない現像剤収容部５３Ｙの上方に達して、この位置で現像ローラ５１Ｙから離脱される。

次に、図４にて、粉体ポンプ６０及びサブホッパ７０について詳述する。
図４を参照して、本実施の形態における粉体ポンプ６０は、ダイヤフラムポンプ（容積式ポンプ）であって、ダイヤフラム６１（ゴム部材）、ケース６２、モータ６７、回転板６８、逆止弁６３、６４、シール部材６５、６６（弾性部材）、等で構成されている。このように構成された粉体ポンプ６０は、比較的小型かつ低コストのものである。

ここで、ケース６２とダイヤフラム６１とでポンプ本体を形成する。
ケース６２は、剛性を有する樹脂材料又は金属材料からなり、ポンプ本体の主部（ハウジング）として機能する。ケース６２（ポンプ本体）には、内部に向けて現像剤を空気とともに流入するための流入口Ａと、内部から現像剤を空気とともに流出するための流出口Ｂと、が形成されている。
ダイヤフラム６１は、親トナー性が低く弾性を有するゴム材料で形成されていて、椀状に形成された部分の内部が容積可変部Ｗとして機能して、その外周部に起立するようにアーム部６１ａ（その穴部に回転板６８の偏心軸６８ａが嵌合している。）が形成されている。ダイヤフラム６１はケース６２に対して隙間が生じないように接合されていて、ダイヤフラム６１の容積可変部Ｗと、ケース６２の内部と、がポンプ本体の内部において１つの閉空間として形成されている。そして、ポンプ本体６１、６２は、後述する回転板６８（偏心軸６８ａ）の回転にともなうダイヤフラム６１の伸縮動作によって、内部の容積を増減させて正圧と負圧とを交互に発生させることになる。

回転板６８は、モータ６７のモータ軸に設置されていて、その面上においてモータ軸（回転中心）から偏心した位置に起立するように偏心軸６８ａが設けられている。回転軸６８の偏心軸６８ａは、ダイヤフラム６１におけるアーム部６１ａの先端部に形成された穴部に挿入（嵌合）されている。
このような構成により、制御部に制御されてモータ６７が駆動されることで、回転板６８（偏心軸６８ａ）が回転して、それにともないダイヤフラム６１が容積可変部Ｗの容積を周期的に増減するように伸縮することになる。そして、このようなダイヤフラム６１の伸縮動作にともない、ポンプ本体６１、６２の内部に正圧と負圧とが交互に発生されることになる。

ここで、ポンプ本体（ケース６２）の流入口Ａには、流入側逆止弁６３が設置されている。この流入側逆止弁６３は、ポンプ本体６１、６２の内部に負圧が発生したときに流入口Ａを開放して、ポンプ本体６１、６２の内部に正圧が発生したときに流入口Ａを閉鎖するものである。流入側逆止弁６３は、ポンプ本体６１、６２の内側（内部）から流入口Ａに対向するように配設されている。粉体ポンプ６０における流入口Ａの側には、搬送管９５を介して貯留部８１が接続されている。
他方、ポンプ本体（ケース６２）の流出口Ｂには、流出側逆止弁６４が設置されている。この流出側逆止弁６４は、ポンプ本体６１、６２の内部に負圧が発生したときに流出口Ｂを閉鎖して、ポンプ本体６１、６２の内部に正圧が発生したときに流出口Ｂを開放するものである。流出側逆止弁６４は、ポンプ本体６１、６２の外側から流出口Ｂに対向するように配設されている。粉体ポンプ６０における流出口Ｂの側には、サブホッパ７０が接続されている。
このような構成・動作により、先に図２を用いて説明したように、粉体ポンプ６０が稼働することで、貯留部８１内に貯留されたトナーが吸引口８３から吸引されて搬送管９５を搬送された後に、サブホッパ７０内にトナーが搬送されることになる。詳しくは、サブホッパ７０のホッパ残量センサ７６がサブホッパ７０内におけるトナー量の不足を検知すると、粉体ポンプ６０（モータ６７）を駆動して、貯留部８１からサブホッパ７０へのトナー補給をおこなう。

図４を参照して、サブホッパ７０には、２つの搬送スクリュ７１、７２、ホッパ残量センサ７６、補給モータ（不図示である。）、等が設置されている。また、サブホッパ７０の第１搬送経路（第１搬送スクリュ７１が設置された搬送経路である。）の上流側の上方には、粉体ポンプ６０の流出口Ｂに連通する補給口が形成されている。サブホッパ７０の第２搬送経路（第２搬送スクリュ７２が設置された搬送経路である。）の下流側の下方には排出口７４が形成されていて、この排出口７４が搬送管９６（チューブ）を介して現像装置５Ｙに接続されている。また、サブホッパ７０の第２搬送経路の上方には、粉体ポンプ６０からトナーとともに送入された空気を排出するための排気口７５が設けられている。なお、第２の搬送管９６は、先に説明した第１の搬送管９５と同様に、親トナー性が低く弾性を有するフレキシブルなゴム材料で形成されている。

ここで、サブホッパ７０において、第１搬送経路の下流側と第２搬送経路の上流側とは長手方向（図３及び図５の紙面垂直方向である。）の一端側で連通しているが、その連通部分を除いて第１搬送経路と第２搬送経路とは壁部で隔絶されている。
そして、サブホッパ７０内に補給されたトナーは、補給モータによって回転駆動される搬送スクリュ７１、７２によって、サブホッパ７０内の第１搬送経路、第２搬送経路の順に搬送されて、その後にサブホッパ７０から搬送管９６を介して現像装置５Ｙ内に補給される。詳しくは、現像装置５Ｙの濃度検知センサ５６Ｙが現像剤収容部５４Ｙにおけるトナー濃度の不足を検知すると、サブホッパ７０の搬送スクリュ７１、７２を回転駆動して、サブホッパ７０から現像装置５Ｙへのトナー補給をおこなう。
このように、本実施の形態では、トナー容器３２Ｙからのトナーの搬送経路をフレキシブルな搬送管９５、９６（チューブ）で形成しているために、トナー容器３２Ｙの設置部３１を現像装置５Ｙから離れた位置に比較的自由にレイアウトすることができる。

次に、図５〜図８等を用いて、粉体容器としてのトナー容器と、トナー補給装置９０のキャップ受部９１と、について説明する。
先に図１等で説明したように、粉体容器としてのトナー容器は、粉体補給装置としてのトナー補給装置９０に設置されて、被補給体としての現像装置に粉体としてのトナーを供給するためのものである。設置部３１（トナー容器受台）には、４色の粉体容器としてのトナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋが、着脱可能に設置されている。トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋは、それぞれ、寿命に達したとき（収容するトナーがほとんどすべて消費されて空になったときである。）に新品のものに交換される。そして、トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ内に収容された各色のトナーは、それぞれ、トナー補給装置（粉体補給装置）によって、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの現像装置に適宜補給される。
なお、図５〜図８は、イエロー用のトナー容器３２Ｙが設置部３１（トナー補給装置９０）に設置された状態を示す図であるが、他の３色のトナー容器３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋも、収容されたトナーの色が異なる以外は、イエロートナーを収容したトナー容器３２Ｙとほぼ同様の構成となっている。以下、他の３色のトナー容器３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋやトナー補給装置の説明を適宜に省略して、イエロートナーを収容したトナー容器３２Ｙやトナー補給装置のみの説明をおこなうことにする。

図５〜図８を参照して、粉体容器としてのトナー容器３２Ｙは、主として、容器本体３３Ｙと、その開口部Ｃに着脱可能に設けられたキャップ３４Ｙ（栓部材）と、で構成される。
容器本体３３Ｙの頭部には、容器本体３３Ｙと一体的に回転するボトル・ギア３７Ｙと、開口部Ｃと、が設けられている（図７等を参照できる。）。ボトル・ギア３７Ｙは、装置本体１００の駆動ギア１１０（図２、図８を参照できる。）と噛合して容器本体３３Ｙを図８の時計方向（又は、反時計方向）に回転駆動するためのものである。また、開口部Ｃは、容器本体３３Ｙ内に収容されたトナー（粉体）を落下経路部８２に向けて排出するためのものである。
容器本体３３Ｙには、外周面から内周面にかけて、螺旋状の突起３３ａが設けられている。この螺旋状の突起３３ａは、容器本体３３Ｙを回転駆動して開口部Ｃからトナーを排出するためのものである。
なお、このように構成された容器本体３３Ｙは、ボトル・ギア３７Ｙとともにブロー成形にて製造することができる。

一方、図５〜図８を参照して、トナー補給装置９０のキャップ受部９１は、設置部３１（トナー補給装置９０）に設置された状態のトナー容器３２Ｙの頭部を覆うように設けられている。
キャップ受部９１には、トナー容器３２Ｙの着脱動作に連動してキャップ３４Ｙの開閉動作をおこなうキャップ開閉チャック９２や、キャップ開閉チャック９２を駆動する開閉駆動部９３や、落下経路部８２や、貯留部８１、等が設けられている。そして、設置部３１上に載置されたトナー容器３２Ｙがキャップ受部９１に向けてスライド移動されて、キャップ３４Ｙがキャップ開閉チャック９２の位置に達すると、さらにトナー容器３２Ｙをスライド移動させて押し込む動作に連動して、キャップ開閉チャック９２がキャップ３４Ｙを挟んだ状態で開口部Ｃからキャップ３４Ｙを離脱させるように開閉駆動部９３が稼働する。これにより、トナー容器３２Ｙの開口部Ｃが開放された状態になって、開口部Ｃからのトナー排出が可能になる。また、このようなトナー容器３２Ｙの装着動作に連動して、ロック機構が稼働してトナー容器３２Ｙが設置部３１から取り外されないようにロックされる。
なお、設置部３１（トナー容器受台）に対してトナー容器３２Ｙが離脱されるときには、上述した装着時の動作と逆の動作がおこなわれることになる。

以下、図７〜図９を用いて、本実施の形態において特徴的な、トナー補給装置９０（粉体補給装置）の構成・動作について説明する。
本実施の形態における粉体補給装置としてのトナー補給装置９０は、粉体容器としてのトナー容器３２Ｙに収容された粉体としてのトナーを、被補給体としての現像装置５Ｙに向けて補給するものである。
そして、このトナー補給装置９０には、先に図２等を用いて説明したように、落下経路部８２、貯留部８１、粉体ポンプ６０（ダイヤフラムポンプ）、等が設けられている。落下経路部８２は、トナー容器３２Ｙから排出されたトナーを貯留部８１に向けて自重落下させるための経路であって、中空の略四角柱状に形成されている。貯留部８１は、落下経路部８２を落下したトナーが貯留されるように略椀状に形成されていて、その内部にはトナー検知センサ８６（粉体検知手段）や２つの撹拌部材８４が設置されている。粉体ポンプ６０は、搬送管９５を介して貯留部８１の吸引口８３に接続されていて、貯留部８１に貯留されたトナーを吸引して搬送管９５を搬送させる。
このように、本実施の形態では、トナー容器３２Ｙから排出されたトナーを粉体ポンプ６０によって直接的に吸引するのではなくて、トナー容器３２Ｙから排出されて貯留部８１にある程度貯留されたトナーのうち、必要な量だけ粉体ポンプ６０で吸引するように構成しているため、粉体ポンプ６０で吸引するトナー量に不足が生じてしまう不具合を確実に軽減することができる。

ここで、本実施の形態におけるトナー補給装置９０は、図９及び図１０（又は、図２、図７）を参照して、貯留部８１の吸引口８３は、上方から投影してみたときに、落下経路部８２に対して重ならない位置に配設されている。換言すると、吸引口８３は、落下経路部８２の真下に形成されているのではなくて、落下経路部８２に対して長手方向一端側（図２、図７の右方であって、図９の下方である。）にシフトした位置に形成されている。さらに換言すると、落下経路部８２の下端を通る水平断面でみたときに、落下経路部材８２と吸引口８３とは重ならない位置に配設されている。
具体的に、本実施の形態において、図９を参照して、貯留部８１における内壁の上下方向（短手方向）の間隔は６０ｍｍ程度に設定され、そのほぼ中央の位置に吸引口８３が形成され、落下経路部８２は上下方向（短手方向）の間隔が１５ｍｍ程度で上側の内壁に近接するように形成されている。したがって、吸引口８３の中心は、落下経路部８２の中心に対して図９の上下方向（短手方向）に２２．５ｍｍ程度シフトしていることになる。
このような構成により、粉体ポンプ６０によって吸引・搬送されるトナー量が安定することになる。したがって、現像装置（被補給体）に補給されるトナー量も安定して、画像不良やトナー飛散などの２次的な不具合の発生を防止することができる。

詳しくは、貯留部８１において落下経路部８２の直下に吸引口８３を設けてしまうと、吸引口８３の上部にトナーが堆積しやすくなり、さらに堆積するトナーの高さが不安定になるため、粉体ポンプ６０により吸引・搬送されるトナー量が不安定になりやすい。また、そのように吸引口８３上に堆積したトナーの量が増加したり、長時間放置されてトナーが締まってしまったり、高温高湿環境でトナーが軟化、吸湿したりすることで、粉体ポンプ６０により吸引・搬送されるトナー量がさらに不安定になってしまう。そして、最悪の場合には、吸引口８３の上部に堆積したトナーが架橋するなどして、粉体ポンプ６０の負圧が不足して、トナーが搬送されなくなってしまう。
特に、本実施の形態では、貯留部８１から粉体ポンプ６０に至るトナー搬送経路が長くて、粉体ポンプ６０にかかる負荷が小さくないため、そのような問題が無視できないものになる。また、上述した問題を解決するために粉体ポンプ６０のポンプ能力を必要以上に向上させることは、トナーに対する摩擦や圧力等のストレスが増加することにつながり、ストレスを受けたトナーが固着、凝集して画質劣化が生じたり、粉体ポンプ６０の消費電力増加、コストアップ、寿命低下になったりするため、なるべく避けたい。

これに対して、本実施の形態では、貯留部８１において落下経路部８２の直下の位置からずれた位置に吸引口８３を設けているため、吸引口８３の上部に堆積するトナー量が、大きく増減することなく、ある程度一定に維持されることになる。すなわち、吸引口８３の上部に堆積するトナー量が少なすぎて粉体ポンプ６０で吸引・搬送するトナー量が少なくなってしまう不具合や、吸引口８３の上部に堆積するトナー量が多すぎて粉体ポンプ６０でトナーを吸引・搬送できなくなってしまう不具合が抑止されて、吸引口８３の上部に堆積するトナー量を最適な範囲に維持して、粉体ポンプ６０で吸引・搬送するトナー量を安定化することができる。
さらに換言すると、吸引口８３を落下経路部８２の直下からシフトした位置に設けることで、貯留部８１において落下経路部８２の真下の領域がトナーが貯留されるバッファ領域になる。このように、貯留部８１にバッファ領域があることで、吸引口８３の周辺にトナーが直接的に堆積することがなく、吸引口８３の直上のトナー堆積量（高さ）の変動を小さくすることが可能となる。また、トナー容器３２Ｙから大量のトナーが排出されてしまっても、上述したバッファ領域には一時的に過剰のトナーが供給されて粉面高さが上昇することになるが、吸引口８３の上部に堆積されるトナーの紛面が急激に上昇する不具合は軽減することができる。さらに、本実施の形態では、後述するようにトナー検知センサ８６（粉体検知手段）を吸引口８３の近傍に設置して、吸引口８３の近傍において堆積されるトナー量を制御しているため、そのような不具合を確実に防止することができる。

ここで、本実施の形態では、図７及び図９を参照して、貯留部８１は、吸引口８３とその近傍との上方を覆う天井面８１ａの高さが、それ以外の部分の上方を覆う天井面８１ｂの高さよりも低くなるように形成されている。具体的に、図９を参照して、貯留部８１は、落下経路部８２に近い側（図９の破線より上方の範囲である。）の第２天井面８１ｂが、吸引口８３に近い側（図９の破線より下方の範囲である。）の第１天井面８１ａよりも高くなるように形成されている。
このような構成により、吸引口８３の上方に堆積されるトナー量（堆積高さ）が、比較的低く形成された第１天井面８１ａによって規制されることになる。すなわち、吸引口８３の上方において、第１天井面８１ａを超えてトナーが大量に堆積される不具合を防止することができる。この第１天井面８１ａの高さは、先に説明した不具合を防止するために、最適な値に設定することができる。また、第２天井面８１ｂを比較的高く形成することで、貯留部８１の全体の容積が小さくなりすぎてしまう不具合を防止することができる。

また、本実施の形態では、貯留部８１において、落下経路部８２から離れた位置であって吸引口８３に近い位置に、トナーの量（堆積高さ）を検知する粉体検知手段としてのトナー検知センサ８６を設置している。そして、トナー検知センサ８６（粉体検知手段）の検知結果に基いて、トナー容器３２Ｙからトナーを排出している。
詳しくは、トナー検知センサ８６（粉体検知手段）としては、圧電センサ、透過光センサなどを用いることができる。本実施の形態では、トナー検知センサ８６として圧電センサを用いている。そして、トナー検知センサ８６は、図９を参照して、吸引口８３の上下方向（短手方向）の位置とほぼ同じ位置になるように、右側の内壁部に設置されている。また、図７等を参照して、トナー検知センサ８６の検知面の高さは、吸引口８３の上方に堆積されるトナー量（堆積高さ）が狙いの値になるように設定されている。
そして、トナー検知センサ８６の検知結果に基いて、トナー容器３２Ｙ（容器本体３３Ｙ）を回転駆動する駆動モータ（モータ軸に駆動ギア１１０が設置されている。）の駆動タイミングや駆動時間が制御される。具体的に、トナー検知センサ８６によってその位置にトナーがないものと判別された場合には駆動モータが所定時間だけ駆動されて、トナー検知センサ８６によってその位置にトナーがあるものと判別された場合には駆動モータの駆動が停止されることになる。
このような構成により、上述した本発明の効果をさらに確実に発揮させることができる。

また、本実施の形態では、貯留部８１の内部に貯留されたトナーを、所定方向に回転して撹拌する撹拌部材８４が２つ設置されている。図９及び図１０を参照して、これらの撹拌部材８４は、上方から投影してみたときに、それぞれの回転軸８４ａが吸引口８３に対して重ならない位置に配設されている。換言すると、回転軸８４ａの回転中心を通る水平断面でみたときに、回転軸８４ａと吸引口８３とは重ならない位置に配設されている。
詳しくは、撹拌部材８４は、回転軸８４ａに、可撓性部材８４ｂ（例えば、ＰＥＴ材料からなるシート状部材（マイラー）である。）が設置されたものである。そして、２つの撹拌部材８４は、上方から投影してみたときに落下経路部８２と吸引口８３とを挟むように配設されている。換言すると、落下経路部８２の下端を通る水平断面でみたときに、２つの撹拌部材８４が落下経路部８２と吸引口８３とを挟むように配設されている。さらに、一方の撹拌部材８４は、可撓性部材８４ｂがトナー検知センサ８６の検知面を摺接するように配設されている。

このように貯留部８１に撹拌部材８４を設置することで、貯留部８１内に貯留されたトナー粉面を全体的に均一化することができる。また、撹拌部材８４は、落下経路部８２から落下してきたトナーを撹拌しながら吸引口８３に向けて搬送することになり、吸引口８３の上部においてトナーが不足するのを防ぐことができる。さらに、撹拌部材８４は、吸引口８３の上部に一定量以上のトナーが堆積されてしまったときに、その堆積したトナーを崩して貯留部８１内のトナー粉面を均一に均すことができる。また、撹拌部材８４は、貯留部８１内に大量のトナーが供給されてしまったり、長期間放置されたり、高温高湿環境になってしまったりしても、貯留部８１内のトナーをほぐすように動作するため、トナーの架橋を防ぐことができる。

また、撹拌部材８４は、その回転軸８４ａが吸引口８３からずれた位置に配置されているため、吸引口８３の上部にトナーを堆積させることなく、吸引口８３にトナーを充分に供給することが可能になる。また、撹拌部材８４の可撓性部材８４ｂは、トナーを吸引口８３側に掃き寄せることができて、常に安定した量のトナーを吸引口８３に供給することが可能になる。さらに、撹拌部材８４を吸引口８３の両側に設けることで、吸引口８３の両側からトナーを掃き寄せることができて、吸引口８３に安定した量のトナーを供給することが可能になる。また、可撓性部材８４ｂの先端がトナー検知センサ８６の検知面に摺接することで、トナー検知センサ８６の検知面がクリーニングされて、検知面にトナーが固着するなどして誤検知、誤動作する不具合を防ぐことができる。

また、本実施の形態において、２つの撹拌部材８４は、吸引口８３に向けてそれぞれ位相をずらしてトナーを搬送するように構成することが好ましい。
詳しくは、本実施の形態では、図８に示すように、撹拌部材８４において可撓性部材８４ｂが同一平面内に配置されている。これに対して、撹拌部材８４において可撓性部材８４ｂを幅方向（図８の紙面垂直方向である。）に複数に分割して、複数に分割した可撓性部材８４ｂが放射状に周方向にずれて配置されるようにすることで、撹拌部材８４によって吸引口８３側に向けて搬送される単位時間当りのトナー量を均一化することができる。さらには、図８のように構成された２つの撹拌部材８４を、可撓性部材８４ｂが同じ周期で吸引口８３の位置に達しないように、回転タイミングをずらして２つの撹拌部材８４を回転させることでも、２つの撹拌部材８４によって吸引口８３側に向けて搬送される単位時間当りのトナー量を均一化することができる。

なお、本実施の形態における撹拌部材８４は、回転軸８４ａの軸径が６ｍｍ程度であって、可撓性部材８４ｂの幅が３８ｍｍ程度であって、回転数が３０〜８０ｒｐｍ程度になるように設定されている。また、図８を参照して、左側（トナー検知センサ８６に近い側である。）の撹拌部材８４は反時計方向に回転して、右側の撹拌部材８４は時計方向に回転するように構成されている。

ここで、本願発明者は、本願発明の効果を確認するために、本実施の形態におけるトナー補給装置９０（落下経路部８２の真下からずれた位置に吸引口８３を配置したものである。）と、落下経路部８２の真下に吸引口８３を配置したトナー補給装置と、を用いて、吸引口８３の上部に堆積されるトナー堆積高さの推移と、粉体ポンプ６０で吸引・搬送されるトナー量と、を比較して測定する実験をおこなった。その結果、前者のトナー補給装置９０を用いた場合には、トナー堆積高さが５〜２０ｍｍの間で推移して、粉体ポンプ６０で吸引・搬送されるトナー量が狙いの値を下回ることがなかったのに対して、後者の場合には、トナー堆積高さが１０〜４０ｍｍの間で推移して、粉体ポンプ６０で吸引・搬送されるトナー量が狙いの値を下回ることがあった。

なお、本実施の形態では、駆動モータによってトナー容器３２Ｙの容器本体３３Ｙを回転駆動するように構成された装置に対して本発明を適用した。これに対して、容器本体３３Ｙがキャップ３４Ｙとともに非回転で設置部３１に保持されるように構成されて、容器本体３３Ｙの開口部Ｃに向けてトナーを搬送する搬送部材（例えば、軸部状に搬送コイルや複数の搬送羽根が設置されて、容器本体から独立したギアによって所定方向に回転する搬送部材である。）が設置されて、容器本体３３Ｙの内部に収容したトナーが開口部Ｃに向けて搬送されるように構成されたトナー容器３２Ｙに対して、駆動モータによってトナー容器３２Ｙの搬送部材を回転駆動するように構成された装置に対して本発明を適用することもできる。
詳しくは、図１１に示すように、トナー容器３２Ｙは、主として、容器本体３３Ｙと、ギア４９Ｙと、キャップ３４Ｙ（ボトルキャップ）と、で構成される。容器本体３３Ｙの頭部には開口部Ｃが設けられていて、その開口部Ｃの外周部にはギア４９Ｙが回転可能に設置されている。ギア４９Ｙは、装置本体１００の駆動ギア１１０と噛合してコイル４６Ｙを回転中心軸を中心に回転駆動するためのものである。また、開口部Ｃは、容器本体３３Ｙ内に収容されたトナーをキャップ３４Ｙ内のスペースに向けて排出するためのものである。ギア４９Ｙには回転軸４５Ｙが一体的に設けられていて、回転軸４５Ｙには螺旋状のコイル４６Ｙ（搬送部材）が連結されている。回転軸４５Ｙの一端は、キャップ３４Ｙの軸受部３４Ｙａに支持されている。コイル４６Ｙは、容器本体３３Ｙ内部の開口部Ｃから底部にかけて延設されている。そして、ギア４９Ｙが容器本体３３Ｙの周りを回転することで、回転軸４５Ｙ及びコイル４６Ｙも回転駆動される。これにより、容器本体３３Ｙに収容されたトナーは、コイル４６Ｙのトナー搬送力によって開口部Ｃ側に搬送されることになる。なお、ギア４９Ｙは、容器本体３３Ｙとキャップ３４Ｙとに挟まれるように、開口部Ｃの外周部に挿設されている。ギア４９Ｙの両端面のうち、一端面側には容器本体３３Ｙとの間にゴム部材９８Ｙが設けられていて、他端面側にはキャップ３４Ｙとの間にシール材４８Ｙが設けられている。このような構成によって、トナー容器３２Ｙ全体としてのシール性が担保されている。すなわち、ギア４９Ｙ、容器本体３３Ｙ、キャップ３４Ｙのそれぞれの間からトナーが漏出する不具合が抑止される。
そして、このようなトナー容器３２Ｙが設置されるトナー補給装置９０にも、上述した本実施の形態のものと同様に、トナー容器３２Ｙから排出されたトナーが貯留される貯留部８１において落下経路部８２の真下からずれた位置に吸引口８３が形成されている。
このように構成されたトナー補給装置９０であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、トナー容器３２Ｙ（粉体容器）から排出されたトナー（粉体）が貯留される貯留部８１において、落下経路部８２の真下からずれた位置に吸引口８３が形成されている。これにより、トナー容器３２Ｙから排出・落下されて貯留部８１に貯留されたトナーを、粉体ポンプ６０の吸引によって吸引口８３から安定的に吸引・搬送することができる。

なお、本実施の形態では、粉体容器としてトナー容器３２Ｙを用いたが、粉体容器としてトナー以外の粉体やトナーを含む粉体が収容された粉体容器に対しても本発明を適用することもできる。特に、本実施の形態では、トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ内にトナーのみを収容したが、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を現像装置５に適宜に供給する画像形成装置に対してはトナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ内に２成分現像剤を収容することもできる。
また、本実施の形態では、被補給体としての現像装置５Ｙに粉体を補給する粉体補給装置に対して本発明を適用したが、現像装置５Ｙ以外の被補給体に粉体を補給する粉体補給装置に対しても当然に本発明を適用することができる。

また、本実施の形態では、粉体ポンプ６０としてダイヤフラムポンプを用いたが、粉体ポンプ６０としてその他のポンプ（例えば、モーノポンプ、ベローズポンプ等である。）を用いることもできる。
また、本実施の形態では、粉体ポンプ６０によって吸引・搬送されたトナーがサブホッパ７０を介して現像装置５Ｙに供給されるように構成した。これに対して、サブホッパ７０を設けることなく、粉体ポンプ６０によって吸引・搬送されたトナーが現像装置５Ｙに直接的に供給されるように構成することもできる。
そして、これらのような場合であっても、本実施の形態のものとほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

５Ｙ 現像装置（被補給体）、
３１ 設置部（トナー容器受台）、
３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ トナー容器（粉体容器）、
３３Ｙ 容器本体、
３４Ｙ キャップ、
６０ 粉体ポンプ（ダイヤフラムポンプ）、
７０ サブホッパ、
８１、８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋ 貯留部（ホッパ）、
８１ａ 第１天井面、 ８１ｂ 第２天井面、
８２ 落下経路部、
８３ 吸引口、
８４ 撹拌部材、
８４ａ 回転軸、 ８４ｂ 可撓性部材、
８６ トナー検知センサ（粉体検知手段）、
９０ トナー補給装置（粉体補給装置）、
９５、９６ 搬送管、
１００ 画像形成装置本体（装置本体）。

特許第４４５６９５７号公報

Claims (8)

1. 粉体容器に収容された粉体を被補給体に向けて補給する粉体補給装置であって、
   前記粉体容器から排出された粉体が落下する落下経路部と、
   前記落下経路部を落下した粉体が貯留される貯留部と、
   搬送管を介して前記貯留部の吸引口に接続されて、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して前記搬送管を搬送させる粉体ポンプと、
   を備え、
   前記貯留部は、その内部に貯留された粉体を、所定方向に回転して撹拌する２つの撹拌部材を具備し、
   前記貯留部の前記吸引口は、上方から投影してみたときに、前記落下経路部に対して重ならない位置に配設され、
   前記２つの撹拌部材は、上方から投影してみたときに前記落下経路部と前記吸引口とを挟むように配設されて、前記吸引口に向けてそれぞれ位相をずらして粉体を搬送することを特徴とする粉体補給装置。
2. 前記貯留部は、前記吸引口とその近傍との上方を覆う天井面の高さが、それ以外の部分の上方を覆う天井面の高さよりも低くなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の粉体補給装置。
3. 前記貯留部は、前記落下経路部から離れた位置であって前記吸引口に近い位置において粉体の量を検知する粉体検知手段を具備し、
   前記粉体検知手段の検知結果に基いて前記粉体容器から粉体を排出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉体補給装置。
4. 前記２つの撹拌部材は、それぞれ、回転軸に可撓性部材が設置されたものであって、
   前記２つの撹拌部材のうち一方の撹拌部材は、前記可撓性部材が前記粉体検知手段の検知面を摺接するように配設されたことを特徴とする請求項３に記載の粉体補給装置。
5. 前記２つの撹拌部材は、上方から投影してみたときに、それぞれの回転軸が前記吸引口に対して重ならない位置に配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の粉体補給装置。
6. 前記粉体は、トナーであって、
   前記粉体ポンプは、ダイヤフラムポンプであって、
   前記被補給体は、前記貯留部からトナーが補給されるように前記粉体ポンプに接続されて、像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を形成する現像装置であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の粉体補給装置。
7. 前記粉体容器は、筒状に形成されるとともに、内周面に螺旋状の突起が形成されて所定方向に回転する容器本体を具備し、前記貯留部の上方に着脱可能に設置されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の粉体補給装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の粉体補給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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